分批發酵

分批發酵又稱為分批培養，是指在一個密閉系統內投入有限數量的營養物質後，接入少量的微生物菌種進行培養，使微生物生長繁殖，在特定的條件下只完成一個生長周期的微生物培養方法。

也指在發酵過程中，除了不斷進行通氣（好氧發酵）和為調節發酵液的 pH 而加入酸鹼溶液外，與外界沒有其它物料交換的一種發酵方式。培養基的量一次性加入，產品一次性收穫，是目前廣泛採用的一種發酵方式。

基本介紹

• 中文名：分批發酵
• 屬性：發酵方法
• 理論基礎：微生物生長曲線

概述

所謂分批發酵，是指在滅菌後的培養基中，接種以某種活的生產菌，而不再向發酵液加入或移出任何物質（如果是需氧微生物，則需不斷供入氧氣）的培養方式。分批發酵過程中微生物所處的環境不斷變化，即培養罐內的化學及物理狀態隨時間變化，整個發酵過程處於非定常態。但是當菌體生長的最適條件（溫度、pH及OD等）與代謝產物生成的最適條件不同時，可在培養過程中人為地改變這些條件，以獲得最大產率。

微生物的生長曲線

在分批培養的條件下，把握好微生物的生長過程，對於獲得最大產量至關重要。隨著細胞濃度和代謝物濃度的不斷變化，微生物的生長過程可以分為四個不同的生長階段，即：延遲期、對數期、穩定期和衰亡期。

延遲期

這是培養基接種之後開始的一個適應期，當微生物被轉移到新的營養介質後，必須重新調整其小分子和大分子的組成來適應新的環境，這就形成了延遲期。因而又有“調整期”之稱。例如，把處於對數期生長的微生物，從葡萄糖培養液轉移至乳糖培養液時，將在一段時間內細胞不發生分裂。因為在這段時間內，細胞為了適應乳糖的代謝途徑，需要形成某些必要的酶和輔酶，但一旦這些酶和輔酶形成，細胞便又繼續分裂和繁殖。同樣，若改變營養物的濃度，也會出現延遲期。這個時期的表觀細胞數和細胞重量不變。

對數生長期

在這一階段中，由於微生物已經調整至能適應新環境，且培養基的營養物質比較充足，有害代謝物質很少，所以微生物細胞濃度隨培養時間指數增長，稱為對數生長期。

穩定期

隨著營養物的逐漸消耗和有生理毒性的代謝物質在培養基中的積累，以及其他對微生物生長不利的條件（如pH、氧化還原電位等）的改變，生長就偏離對數規律而進入穩定期。這個時期可以維持相當長的時間，此時細胞重量基本維持恆定，但活細胞數有可能下降，由於細胞溶解作用，新的營養物(糖類、蛋白質)又釋放出來，它們又可可以作為細胞的能源，使存話的細胞發生緩慢生長，通常為為二次生長或隱性生長，二次生長的產物主要是次級代謝產物對於積累某些代謝產物或某些酶的工業發酵過程，這個時期是相當重要的。

衰亡期

微生物群體，實際上並不是一個均一的體系，而是一個多種菌群的混合物。在某一時刻，群體內有些菌體在生長、壯大，但另一些已經死亡。隨著營養物的進一步枯竭以及毒物的大量積累，蘸體死亡數增多，而生長、壯大的菌體數減少。於是，整個微生物群體最終進入衰亡期。

在微生物培養中，對衰亡期的研究一般較少，這可能是由於大多數分批培養發酵生產，均是在衰亡期開始之前就已經停止操作之故，所以衰亡期的研究對生產的價值不大。

優缺點

優勢

1. 對溫度的要求低，工藝操作簡單；
2. 比較容易解決雜菌污染和菌種退化等問題；
3. 對營養物的利用效率較高，產物濃度也比連續發酵要高。

劣勢

1. 人力、物力、動力消耗較大；
2. 生產周期較長，由於分批發酵時菌體有一定的生長規律，都要經歷延滯期、對數生長期、穩定期和衰亡期，而且每批發酵都要經菌種擴大發酵、設備沖洗、滅菌等階段；
3. 生產效率低，生產上常以體積生產率來計算效率，在分批發酵過程中，必須計算全過程的生產率，即時間不僅包括發酵時間，而且也包括放料、洗罐、加料、滅菌等時間。

如果生產的產品是生長關聯型（如菌體與初級代謝產物），則宜採用有利於細胞生長的培養條件，延長與產物合成有關的對數生長期； 如果產品是非生長關聯型（如次級代謝產物），則宜縮短對數生長期，並迅速獲得足夠量的菌體細胞後延長平衡期，以提高產量。